——習(xí)近平總書記在致中國科學(xué)院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求
——中國科學(xué)院辦院方針
近日，中國科學(xué)院上海天文臺(tái)天馬望遠(yuǎn)鏡（簡稱天馬）研究團(tuán)隊(duì)對(duì)快速射電暴FRB 20240114A在一年時(shí)間內(nèi)開展了66次2.25/8.60 GHz雙頻同時(shí)觀測(cè)，成功在2.25 GHz探測(cè)到155次爆發(fā)，構(gòu)建了該目標(biāo)迄今為止最大樣本的長期高頻（2.0 GHz以上）監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫，揭示了其活躍度的頻率依賴及時(shí)間演化特性，有關(guān)研究成果于發(fā)表在國際權(quán)威期刊《天體物理學(xué)報(bào)》 （The Astrophysical Journal）。
快速射電暴（fast radio burst,簡稱FRB）是宇宙中一類短時(shí)標(biāo)（通常毫秒量級(jí)）的極亮射電“閃光”，其起源和輻射機(jī)制仍是未解之謎。目前，天文學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)4000余例FRB，絕大多數(shù)表現(xiàn)為一次爆發(fā)，僅有100例左右表現(xiàn)為重復(fù)爆發(fā)，它們被稱為重復(fù)快速射電暴（簡稱“重復(fù)暴“）。FRB 20240114A是由加拿大氫強(qiáng)度測(cè)繪實(shí)驗(yàn)（簡稱CHIME）于2024年1月新發(fā)現(xiàn)的一例重復(fù)暴，其高度活躍特性吸引了國內(nèi)外眾多研究團(tuán)組的目光，他們利用國內(nèi)外多個(gè)大型射電望遠(yuǎn)鏡對(duì)其開展觀測(cè)。目前對(duì)這個(gè)重復(fù)暴已發(fā)表的觀測(cè)結(jié)果主要來自1.4 GHz及以下頻段，而高頻爆發(fā)樣本（2 GHz以上）相對(duì)有限，絕大部分基于德國Effelsberg 100米射電望遠(yuǎn)鏡少數(shù)幾次的觀測(cè)結(jié)果。
上海天文臺(tái)天馬研究團(tuán)組在收到發(fā)現(xiàn)FRB 20240114A的天文學(xué)家電報(bào)（Astronomer's Telegram）后就迅速組織了有關(guān)討論。三天后，天馬對(duì)該射電暴2.25/8.60 GHz雙頻同時(shí)觀測(cè)就正式啟動(dòng)，該觀測(cè)策略充分發(fā)揮了其“一鏡雙頻”的觀測(cè)能力。自2024年1月29日至2025年2月15日，共組織了66次觀測(cè)，累計(jì)投入約180小時(shí)觀測(cè)時(shí)間。經(jīng)過一系列精心的數(shù)據(jù)處理，他們最終確認(rèn)了來自FRB 20240114A在2.25 GHz 的155次爆發(fā)（部分代表結(jié)果如圖1所示）。通過進(jìn)一步分析其爆發(fā)率隨時(shí)間的演化趨勢(shì)（見圖2），發(fā)現(xiàn)在2.25 GHz該源在2024年7月和2025年1月初異?；钴S，相比其它觀測(cè)時(shí)間平均爆發(fā)率高約將近10倍。盡管在與此同時(shí)進(jìn)行的8.60 GHz的觀測(cè)中未能探測(cè)到對(duì)應(yīng)的爆發(fā)，研究團(tuán)隊(duì)基于此結(jié)果指出FRB 20240114A在該頻率的活躍度比2.25 GHz低一到兩個(gè)數(shù)量級(jí)，也進(jìn)一步說明其爆發(fā)和其它重復(fù)暴一樣具有窄帶的本征輻射特性。
圖1：天馬探測(cè)到的FRB 20240114A部分爆發(fā)示意圖。每個(gè)子圖中間展示該爆發(fā)的動(dòng)態(tài)譜，上方和右側(cè)則分別為該爆發(fā)的時(shí)域和頻域輪廓
圖2：FRB 20240114A在2.25 GHz的爆發(fā)率隨時(shí)間變化（上）， 天馬各次觀測(cè)的時(shí)長和累計(jì)探測(cè)到的爆發(fā)數(shù)目（中），以及結(jié)合其它望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)結(jié)果得到的該源不同頻率區(qū)間內(nèi)探測(cè)到的爆發(fā)數(shù)目的累積分布（下）
圖3：FRB 20240114A在2024年1-2月（藍(lán)色）與5-7月（紅色）期間的爆發(fā)率隨觀測(cè)頻率的變化（不同望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)結(jié)果均依據(jù)天馬的探測(cè)閾值進(jìn)行縮放），可以看出該源爆發(fā)率的頻率依賴特性在兩個(gè)時(shí)期之間發(fā)生了明顯變化
研究還發(fā)現(xiàn)FRB 20240114A爆發(fā)的“偏好頻率”并非一成不變。在2024年1–2月，其活躍度隨觀測(cè)頻率升高而下降；而到5–7月，卻在2–3 GHz附近出現(xiàn)活躍高峰，表明其活躍度隨頻率的依賴關(guān)系存在時(shí)間上的演化。這一現(xiàn)象可能反映了暴周環(huán)境的演化，如同步輻射自吸收過程對(duì)低頻爆發(fā)的吸收；或是信號(hào)傳播過程中發(fā)生極端散射事件從而調(diào)制了特定頻率觀測(cè)到的爆發(fā)率等。
本工作由來自中國科學(xué)院上海天文臺(tái)、北京大學(xué)、華中科技大學(xué)和湖北第二師范大學(xué)的研究人員合作完成，得到了科技部平方公里陣列射電望遠(yuǎn)鏡(SKA)專項(xiàng)、國家重點(diǎn)研發(fā)專項(xiàng)、國家自然科學(xué)基金和上海市自然科學(xué)基金的大力支持。得益于天馬團(tuán)隊(duì)全體工作人員的共同努力，從而保障了觀測(cè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及數(shù)據(jù)的可靠性。天馬對(duì)FRB的多頻觀測(cè)研究工作還在進(jìn)行中，后續(xù)將會(huì)發(fā)布更多有意思的觀測(cè)研究結(jié)果，進(jìn)一步從“多頻”視角多維一體地揭示FRB輻射特性及背后物理。
論文鏈接：https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/adfece
科學(xué)聯(lián)系人：
閆振，中國科學(xué)院上海天文臺(tái)，yanzhen@shao.ac.cn
沈志強(qiáng)，中國科學(xué)院上海天文臺(tái)，zshen@shao.ac.cn
